고속·고밀도 PCB를 설계한다면 비아 공법부터 고르세요

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부품 배치를 끝낸 뒤 배선 공간이 부족해 비아 크기부터 줄이고 있나요? 고속·고밀도 PCB에서는 비아를 단순히 층을 오가는 구멍으로 보면 제작비와 납기, 신호 품질을 동시에 놓치기 쉽습니다. 관통 비아, 블라인드 비아, 베리드 비아, 마이크로비아는 겉모양만 다른 것이 아니라 가공 순서와 적층 횟수, 검사 난이도까지 달라지는 별개의 제조 선택지입니다.

특히 BGA 피치가 좁아지거나 차동 신호 속도가 높아지면 “가장 작은 비아가 가장 좋은 비아”라는 판단이 위험해집니다. 어떤 회로기판은 저렴한 관통 비아만으로 충분하지만, 어떤 보드는 제한된 영역에만 레이저 마이크로비아를 적용해야 전체 비용이 내려갑니다. PCB의 기본 역할과 구조가 낯설다면 PCB 용어와 기본 구조를 먼저 확인하면 아래 비교가 한층 쉽게 읽힙니다.

네 가지 비아는 구멍보다 제조 순서가 다릅니다

관통·블라인드·베리드·마이크로비아의 차이

관통 비아(Through Via)는 완성된 적층판의 위에서 아래까지 기계 드릴로 가공하고 홀 벽에 동을 도금하는 방식입니다. 모든 층을 지나기 때문에 공정이 익숙하고 공급 가능한 PCB 제조사가 많으며, 시제품부터 양산까지 가격 예측도 쉽습니다. 반면 사용하지 않는 층에도 홀과 패드가 남아 배선 통로를 차지하고, 고속 신호에서는 연결되지 않은 비아 구간인 스텁이 생길 수 있습니다.

블라인드 비아(Blind Via)는 외층에서 특정 내층까지만 연결하고, 베리드 비아(Buried Via)는 외부에서 보이지 않도록 내층끼리 연결합니다. 두 방식은 필요한 층을 먼저 가공·도금한 다음 다시 적층하는 순차 적층 공정이 들어갈 수 있어 설계 자유도와 제조 복잡도가 함께 올라갑니다. 마이크로비아(Microvia)는 일반적으로 레이저로 얕고 작은 홀을 형성해 HDI PCB의 미세 피치 부품 팬아웃에 사용하며, 단순히 직경이 작은 기계 드릴 홀과 같은 뜻으로 취급하면 안 됩니다.

아래 표의 비용과 납기는 특정 업체의 견적 금액이 아니라 동일한 크기·수량·층수라는 조건에서 보는 상대 수준입니다. 실제 견적은 보드 면적, 패널 효율, 동박 두께, 표면처리, 홀 개수, 적층 구조 및 검사 조건에 따라 달라집니다. 따라서 표에서는 먼저 기술적 후보를 좁히고, 최종 결정은 제조사의 DFM 검토와 공식 견적으로 확인해야 합니다.

• 저밀도 제어보드: 부품 피치와 배선 공간이 넉넉하다면 관통 비아가 비용과 수율 측면에서 유리합니다.
• 한쪽 면에 BGA가 몰린 보드: 외층에서 가까운 내층으로 빠르게 빠져나가는 블라인드 비아가 실용적입니다.
• 양면 고밀도 실장: 외층 공간을 침범하지 않는 베리드 비아가 도움이 되지만 적층 횟수를 먼저 계산해야 합니다.
• 0.5mm 이하 미세 피치 부품: 패드 안에 비아를 두거나 좁은 탈출 통로가 필요하면 레이저 마이크로비아를 검토합니다.

설계 팁: 비아 직경부터 정하지 말고 먼저 “어느 층에서 어느 층으로 연결할지”를 적층도에 표시하세요. 연결 범위가 정해지면 기계 드릴과 레이저 드릴, 적층 횟수, 충진 여부를 훨씬 정확하게 비교할 수 있습니다.

상황별 추천은 BGA 피치와 신호 속도에서 갈립니다

일반 제어보드와 전원보드는 관통 비아가 먼저입니다

MCU, 커넥터, 릴레이, 센서 인터페이스가 중심인 2층 또는 4층 PCB라면 관통 비아가 기본 선택입니다. 이런 회로는 배선 밀도가 상대적으로 낮고 신호의 상승 시간이 극단적으로 빠르지 않은 경우가 많아, 복잡한 HDI 공정을 추가해도 체감 성능이 크지 않을 수 있습니다. 전류를 여러 층으로 전달해야 한다면 무작정 큰 홀 하나를 배치하기보다 동일 네트에 여러 개의 비아를 병렬로 두어 전류 경로와 열 분산을 확보하는 접근이 실용적입니다.

전원 PCB에서는 완성 홀 직경, 도금 두께, 비아 개수뿐 아니라 비아 주변의 동박 연결 방식도 확인해야 합니다. 열 방출을 우선하는 전력 패드라면 솔리드 연결이 유리할 수 있지만, 납땜 과정에서 열이 지나치게 빠져나가면 접합 품질이 흔들릴 수 있습니다. 반대로 서멀 릴리프는 조립성을 높이지만 전류와 방열 경로의 저항이 늘 수 있으므로, 부품 데이터시트와 전류 조건을 함께 보아야 합니다.

• 2층·4층이며 배선 여유가 충분하면 관통 비아를 1순위로 견적 냅니다.
• 전원용 비아는 제조사의 최소 도금 두께와 완성 홀 공차를 확인합니다.
• 발열 부품 아래의 서멀 비아는 홀 크기뿐 아니라 솔더 흡수와 충진 여부를 검토합니다.
• 조립 방식이 리플로우인지 수작업인지에 따라 오픈 비아, 텐팅 비아, 충진 비아를 구분합니다.
• 커넥터 고정용 홀과 전기적 비아를 같은 설계 규칙으로 묶지 않습니다.

미세 피치 BGA와 고속 인터페이스는 혼합 공법이 유리합니다

0.8mm 피치 BGA는 패드와 패드 사이로 배선을 뺄 여지가 있어 관통 비아만으로도 가능한 경우가 많지만, 핀 수와 층 구성에 따라 결과는 달라집니다. 0.5mm나 0.4mm 피치로 내려가면 일반적인 관통 비아 패드가 팬아웃 공간을 점유하므로 마이크로비아, 비아 인 패드, 충진·평탄화 공정이 현실적인 후보가 됩니다. 비아 인 패드는 조립 패드의 평탄도를 확보해야 하므로 단순 텐팅만으로 대체하지 말고, 동 충진 또는 수지 충진과 캡 도금 조건을 제조사에 명확히 전달해야 합니다.

USB, PCIe, HDMI, 고속 이더넷처럼 상승 시간이 짧은 신호에서는 비아 스텁이 불연속을 만들 수 있습니다. 그렇다고 모든 신호를 마이크로비아로 바꾸면 비용만 급격히 늘 수 있으므로, 고속 차동쌍에는 인접층 마이크로비아나 백드릴 가능한 관통 비아를 적용하고 저속 GPIO와 제어 신호에는 일반 관통 비아를 유지하는 선택적 혼합이 효율적입니다. 전자부품의 범위와 역할을 함께 살펴보려면 전자 부품의 기본 개념도 참고할 수 있습니다.

예를 들어 FPGA와 고속 커넥터가 있는 10층 회로기판이라도 전체 영역이 고밀도인 것은 아닙니다. FPGA 탈출 구간에만 L1-L2 마이크로비아를 쓰고, 전원부와 커넥터 주변은 관통 비아로 유지하면 HDI의 이점을 필요한 곳에 집중할 수 있습니다. 반면 베리드 비아를 여러 구간에 무계획으로 추가하면 적층과 드릴 사이클이 늘어나 작은 설계 변경도 전체 제작 조건을 흔들 수 있습니다.

1. BGA 피치와 패드 크기를 확인하고 관통 비아 팬아웃이 가능한지 계산합니다.
2. 신호층과 기준면의 위치를 정한 뒤 필요한 비아 연결 층을 표시합니다.
3. 차동쌍에는 비아 두 개만 보지 말고 가까운 위치의 리턴 경로 비아도 함께 배치합니다.
4. 비아 인 패드를 쓴다면 충진 재료, 캡 도금, 평탄도와 허용 보이드 기준을 제작 사양서에 넣습니다.
5. 고속 네트만 별도 설계 규칙으로 묶어 마이크로비아 사용 범위를 제한합니다.
6. 시제품 전에 PCB 제조사에 적층도와 BGA 팬아웃 캡처를 보내 DFM 가능 여부를 확인합니다.

현장 조언: 고속 신호 문제를 비아 직경 하나로 해결하려 하지 마세요. 신호가 지나가는 비아와 기준면을 이어 주는 리턴 비아의 거리, 안티패드 크기, 남는 스텁 길이를 함께 검토해야 실제 임피던스 불연속을 줄일 수 있습니다.

제작비와 납기를 지키는 비아 사양은 이렇게 좁힙니다

견적 전에 제조 한계와 검사 조건을 숫자로 맞춥니다

같은 “0.1mm 마이크로비아”라도 어느 층을 연결하는지, 홀 깊이가 얼마인지, 구리로 채울 것인지에 따라 견적은 크게 달라집니다. 제조사는 최소 홀만 보는 것이 아니라 완성 홀 직경, 드릴 직경, 패드와 홀의 환형 링, 홀 깊이 대비 직경인 종횡비를 함께 판단합니다. 설계 프로그램의 기본값을 그대로 사용하기보다 후보 업체의 표준 제조 능력 안에서 규칙을 정해야 추가 공정과 수율 부담을 줄일 수 있습니다.

마이크로비아를 여러 층에 쌓을 때는 스택드 구조와 스태거드 구조도 구분해야 합니다. 같은 축에 수직으로 쌓는 스택드 마이크로비아는 공간 효율이 높지만 각 층의 충진과 평탄화가 필요하고 응력이 집중될 수 있습니다. 위치를 조금씩 엇갈리게 하는 스태거드 구조는 면적을 더 쓰는 대신 제조 안정성에 유리할 수 있으므로, 극단적인 소형화가 아니라면 두 구조의 수율과 단가를 함께 요청하는 편이 좋습니다.

PCB 구조를 설명하는 또 다른 인쇄회로기판 참고 자료처럼 기판은 부품을 지지하는 판이면서 전기적 연결망입니다. 따라서 비아 선택도 PCB 제조만의 문제가 아니라 부품 조달, 실장, 검사와 재작업성까지 연결해 판단해야 합니다. 마이크로비아를 적용해 보드 면적을 줄였더라도 충진 불량 검사나 X-ray 확인이 추가되면 전체 제품 비용은 오를 수 있습니다.

• 드릴 표: 비아 종류별 드릴 크기, 완성 홀, 시작층과 종료층을 한 문서로 제공합니다.
• 적층도: 코어와 프리프레그 두께, 동박 두께, 레이저 가공층을 구분해 표시합니다.
• 충진 조건: 비전도성 수지, 전도성 재료 또는 동 충진 중 필요한 방식을 명시합니다.
• 허용 기준: 보이드, 오목함, 돌출, 캡 도금 두께의 합격 기준을 제조사와 합의합니다.
• 검사 범위: 전기검사, 단면 분석, X-ray, 임피던스 쿠폰 가운데 필요한 항목을 지정합니다.
• 대체안: 목표 사양이 표준 공정을 벗어날 때 사용할 패드 확대나 층 변경안을 미리 준비합니다.

예산과 일정에 맞춘 세 가지 현실적인 조합

첫 번째는 비용 우선형입니다. 2~6층 제어보드나 센서 보드는 관통 비아만 사용하고, 제조사의 표준 드릴과 환형 링 규칙을 따르는 편이 안전합니다. 특수 충진이 필요하지 않다면 텐팅이나 솔더마스크 개방 여부만 구분해 불필요한 공정을 덜 수 있습니다. 동일 조건의 일반 관통 비아 보드를 비용 지수 100으로 놓으면 이 구성은 대체로 100에 가까운 범위에서 견적을 비교하기 쉽습니다.

두 번째는 밀도 균형형입니다. 6~10층 보드에서 미세 피치 BGA가 있는 면에만 L1-L2 또는 L1-L3 블라인드·마이크로비아를 사용하고, 나머지는 관통 비아로 연결합니다. 제조사와 수량에 따라 비용 지수가 약 130~200 수준으로 움직일 수 있고, 표준 보드보다 제작 일정이 영업일 기준 약 2~5일 늘어날 가능성을 예산에 반영하는 것이 좋습니다. 이 숫자는 확정 가격이 아니라 견적 비교를 위한 범위이므로 도면을 첨부해 다시 확인해야 합니다.

세 번째는 면적 우선형입니다. 10층 이상, 양면 고밀도 실장, 0.4mm 피치 BGA처럼 공간 제약이 강하면 마이크로비아와 베리드 비아, 비아 인 패드를 조합할 수 있습니다. 순차 적층과 충진·평탄화, 추가 검사가 겹치면 비용 지수는 180~300 이상까지 올라갈 수 있으며 시제품 납기도 일반 공정보다 약 5~10영업일 길어질 수 있습니다. 일정이 촉박하다면 설계 완료 후 견적을 시작하지 말고, 배치 단계에서 적층도와 비아 맵을 보내 제조 가능성을 먼저 잠그는 것이 안전합니다.

1. 관통 비아 기준 견적을 비용 지수 100으로 받아 비교 기준을 만듭니다.
2. 고밀도 영역에만 블라인드 또는 마이크로비아를 넣은 대안을 별도로 견적 냅니다.
3. 전체 HDI 대안에는 순차 적층 횟수와 충진·평탄화 비용을 분리해 요청합니다.
4. 시제품 일정에는 DFM 회신 1~2영업일과 수정 1~2영업일을 별도로 확보합니다.
5. 특수 공정 보드는 일반 보드보다 제작 여유를 최소 2~5영업일, 복합 HDI는 5~10영업일 더 잡습니다.
6. 양산 전에는 최소 1회의 단면 분석 또는 신뢰성 자료 확인 비용을 품질 예산에 포함합니다.